探究智能变电站条件下的继电保护与监控系统

张骊丰

【摘 要】 继电保护与监控系统是目前智能变电站的重要组成部分，它们不但实现了对站内设备运行状态的实时监控保护，也一定程度上减轻甚至避免了设备损坏对相邻地区供电的影响。本文分别探究了在智能化变电站条件下监控系统与继电保护的技术构成及相关功能应用，证明二者对于智能变电站常态化安全稳定运行的重要性。

【关键词】 智能变电站 继电保护 监控系统 功能实现

一般来说，智能化变电站主要由监控系统、运动系统、智能IED设备、交换机、时钟系统、继电保护以及智能单元所共同组成。整个变电站采用以太网与光纤通讯，特别是监控系统作为整个变电站的上层监测设备，为变电站的实时信息采集与传送起到了巨大作用。

1 智能变电站条件下的监控系统分析

1.1 对监控系统的配置分析

智能变电站条件下的监控系统属于总系统站控层网络的上层监测设备，与常规变电站的二次电缆实现设备间联系不同，智能变电站利用光纤通信与站控层、过程层的智能化一次设备与间隔层实现二次设备间联系，实现了对变电站实时信息的采集与上送功能，如图1。

如图1，智能变电站条件下监控系统主要依靠过程层的信息交换机构来构建局域网，并实现与站内层IED设备的相互通讯连接，确保监控系统功能的安全稳定性。所以可将其视为是双网配置体系。在这里，智能变电站所采用的一般为IEC-61850规约通讯结构，又被称为是MMS网络，它是智能变电站技术的基础，也是智能变电站建设的指导性文件。当IED实现与监控系统的直接连通通讯功能时，就可以通过IP地址的固定性来构建新的物理连接，并将IEDname作为通讯标签使用。

在检修时，监控系统可以通过装置上送报文来引入品质属性，借助品质审查来判断信号质量。一般智能变电站的装置检修报文都要上送至监控系统，然后再配合后台系统实现对报文属性的全面解析，最后在告警窗口显示报告内容并将其标注为检修状态。如此一来变电站检修人员就能明确在检修状态下对设备的实时监控工作内容，从而达到维护设备安全运行的目的。

目前智能变电站的监控系统都会配置多台服务器来操作多功能同步实现，它的具体设计思路就是在变电站设备系统中设置两台或两台以上的监控器作为当地监控主备来运行，同时它们也兼职远程浏览与告警直传功能。除此之外为监控系统配备工程师站与故障信息服务器，专门针对实时故障进行分析检测，第一时间检出并加以维修。另外在某些地区的变电站监控系统中也加设了智能开票与顺序控制这些高级应用功能，确保了监控系统功能的多方向延伸，更好服务于智能变电站日常生产。

虽然说目前智能变电站在监控系统方面作出了大胆革新，但是它的设计思路依然还延续了一些传统常规化变电站设计思路，例如依然保留了基于功能变更与配置的常规开入测控装置等等。当然，目前的变电站站内IED设备已经开始使用闭锁信号，主要通过高压开关柜来实现电缆互联以及相互监控功能，这种基于传统配合新技术的设计方案也是目前智能变电站在监控系统设计过程中最为流行的方案[1]。

1.2 站控层通讯网络

智能变电站监控系统与智能IED同理都是依靠网线接入交换机来形成站控层通讯网络的，它也被称之为MMS网络。当智能IED设备具备唯一IP地址以及IEDname时，它就可以与监控系统建立连接，并同时初始化装置模型。连接建立以后，先按照监控数据报告上送形式来进行系统功能操作，直到装置成功返回报文以后才算完成通讯初始化过程。

除此之外，过程层也能实现通讯功能，与监控系统形成联动，并设计压力异常监视回路。这一回路功能有别于常规系统操作箱，这是因为它还增加了逻辑判据功、压力异常闭锁功能和重合闸放电功能等等，这些功能都配备了CPU判断出口，并且在一定程度上简化了操作回路，安全可靠性非常高。当智能IED设备过程层实施通讯功能时，每5s会发送一次链路报文，而接收方面则要判断该信息内容然后执行相应操作。智能变电站在调试、监控、维护过程中都需要根据光线链路状态、接收侧信息来判断报文数据，从而实现对通讯状态的实施监控目的，确保设备安全运行[2]。

2 智能变电站条件下的继电保护分析

继电保护是智能变电站安全、稳定运行的重要屏障之一，它能够明确区分出被保护元件的实时状态，指出它可能存在的故障问题。而如果当电力系统出现任何故障或异常时，继电保护都能在最短时间和最小区域内进行自动排障，或发出信号交由值班人员来解除异常工况根源问题，最大限度降低设备损坏程度以及对周边地区的供电影响，以实现智能变电站可靠性、选择性、灵敏性和速动性的特点。

2.1 智能变电站条件下继电保护的功能实现原理

智能变电站为了规范设计继电保护功能，提高安全可靠性，一般都会采用双套配置，即智能终端与合并单元。它们在功能实现方面主要针对一次设备保护来控制功能应用，并围绕数据采集及统计运算来控制命令，提出优先界别控制操作，最终汇总间隔过程层实时数据信息来为过程层提供闭锁功能，与监控系统联动[3]。

2.2 基于主变的继电保护功能实现

在智能变电站中，主变差动保护是最为关键的技术环节，其原理是反应被保护变压器各端流入和流出电流的差，在保护区内故障，差动回路中的电流值大于整定值，差动保护瞬时动作，而在保护区外故障，主变差动保护则不应动作。所以它需要同时获得变压器各侧电流信息之后才能实施差动计算流程。以10kV变电站为例，如果它采用的是内桥主接线方式，那么主变差动保护I测就应该至少包含两大分支，第一大分支以高压侧开关电流为主，而第二大分支则主要以路桥开关电流为主。在这里，桥路开关电流所采用的是正极性接入，而主变方则以反极性接入，极性取反也是为了避免差动误动问题的出现。

在变压器的保护方面要按单重化进行配置，这里差动保护与后备保护要集成到一套设备上，将其作为一体化双套配置，但也可以采取多台分层集成来实现目的。差动保护通过10kV进线，而内桥和主变各侧则要构成差动回路，实现主变高压测多路电流（主要为3路），而主变本体中性点电流则采用后备保护模式，这也是继电保护动作中最关键的一条，就是以直接光纤发送来操控设备各个智能终端从而完成对开关的切除动作。如果后备保护需要联且10kV路桥开关，则要首先联且10kV分段开关，其中联且开关则主要通过GOOSE交换机网络传输的故障信息指令得以实现动作。

如果在变压器端实施电气量保护，则要考虑变压器的内部的压力突变及压力释放问题，看其主变电气继电保护是否符合正常反馈条件，并以此为依据来进行基于继电保护的非电量保护装置设计。当主变电气量保护应用时应该采用双重化设计，利用双重化采样回路与独立启动保护DSP，确保装置动作的安全可靠性。同时，它也可以通过实时监视过程层来实现即时通讯，确保继电保护动作的可靠性与正确性。最后在后备继电保护中还存在接地零序保护与不接地保护两种，这两种继电保护主要通过跳闸矩阵来实现对每段保护的切除与开关，确保负荷电压条件可以在同一侧得以满足。它的具体实现方法主要有两种：第一通过继电保护配置硬节点输出来完成电缆各侧的后备保护配合；第二通过具有GOOSE输出节点网络来实现继电保护。

3 结语

本文主要以智能变电站的监控系统与机电保护系统为例，探讨了它们的技术理论设计与实践应用操作，从而引出了过程层、站控层等等在围绕监控系统与机电保护时的应用过程。总体来说，目前像10kV这样的高压智能变电站在上述两系统方面的设计思路都是以远程监控来决定系统配置状态，而站控层网络、过程层组网方式以及IED等接入方式则有效辅助了两大系统的关键技术实现，为智能变电站的安全稳定运行奠定了扎实基础。

参考文献：

[1]周建新，周昊程.智能变电站条件下的继电保护与监控系统[J].供用电，2014（4）：55-59.

[2]解晓东.智能变电站继电保护配置分析[D].山东大学，2013.13-24.

[3]郭哲强.66kV智能变电站保护与监控系统的设计与实施[D].华北电力大学（保定），2014.42-52.